Como a morte de uma partícula pode desencadear o fim do universo

Por , em 9.11.2012

Até hoje, ninguém conseguiu observar um próton decaindo, o que pode ser um desapontamento profissional para os físicos, mas uma boa notícia para o universo.

Por que, se o decaimento de prótons for possível, quando isso acontecer, será o fim de tudo.

Mas como é que um próton pode decair? Um próton não é uma partícula elementar; ele é feito de quarks. Os quarks são, junto com os léptons, as partículas mais básicas que conhecemos.

Os quarks estão sujeitos à força nuclear forte, que mantém seu núcleo unido. Cada quark tem um número bariônico de 1/3. Os bárions mais famosos são os prótons e os nêutrons, que tem três quarks cada um, resultando em um número bariônico total igual a 1 (antiprótons tem um número bariônico negativo).

Como as cargas dos quarks dos prótons e dos nêutrons é um pouco diferente, as partículas têm carga diferente, e têm também massa diferente. O nêutron tem um pouco mais de massa, o que significa que ele pode estar envolvido em outra parte fundamental da matéria no universo.

Léptons são diferentes dos quarks, e aparecem na forma de elétrons, neutrinos, antineutrinos e antielétrons. Nenhum deles é afetado pela força forte: eles têm números leptônicos e suas antipartículas têm número leptônico negativo.

Os números leptônico e bariônico parecem não ter nenhuma importância, até que você se dá conta que não se sabe de nenhuma reação no universo que mude o número bariônico total ou o número leptônico total de uma partícula.

Em outras palavras, há uma lei da conservação do número bariônico e número leptônico, semelhante à lei da conservação da massa e energia. Uma mudança súbita no número leptônico seria o equivalente a uma maçã desaparecendo no nada, ou um disparo de energia vindo de lugar nenhum.

Essa lei da conservação do número leptônico e bariônico fez com que um fenômeno deixasse os cientistas confusos: o decaimento do nêutron. Quando um nêutron decai, ele se torna um próton e emite um elétron. Como um próton é positivo e o elétron é negativo, a carga se conserva, mas o número leptônico muda completamente.

Mais tarde, os cientistas perceberam que este decaimento envolvia a emissão de um antineutrino, ou, mais especificamente, um neutrino antielétron, que é um neutrino associado às interações que envolvem elétrons. O elétron tem um número leptônico +1, e o neutrino antielétron, -1, então o número leptônico era conservado, e também a massa e a carga.

Este decaimento envolvia apenas a força fraca, o que significa que a força nuclear forte não estava interagindo com os léptons, e tudo estava bem e certo na física novamente.

Os prótons, por sua vez, são bárions mais leves, e não podem emitir nada, a menos que seus quarks se dissolvam em partículas menores. Porém, isso iria diminuir bárions e acrescentar léptons do nada. A conclusão dos físicos era que tal coisa não poderia acontecer.

Então surgiu a Grande Teoria Unificada: uma teoria ainda incompleta que diz que todas as forças podem chegar a um certo nível de equivalência, que pode ser explicada com uma ideia unificante e quantificável.

O problema é que se a força forte e a fraca são equivalentes, então léptons e bárions são equivalentes também. Seria como a descoberta de Einstein que E=mc², que massa e energia são equivalentes, e uma pode ser derivada da outra.

Repentinamente, uma maçã pode desaparecer, e disparos súbitos de energia podem aparecer do nada. Na Grande Teoria Unificada, bárions podem ser convertidos em léptons, e o número bariônico e o número leptônico não são mais conservados.

Isto também significa que os prótons podem decair em pósitrons e píons.

A partir dessa suposição, os cientistas calcularam a vida dos prótons até todos decaiam, de 10^25 (1,0 × 10 elevado a 25) a 10^33 (1,0 x 10 elevado a 33) anos.

Em 10^30 anos, as estrelas do universo já terão se afastado para longe das vistas uma da outra, e queimado até ficarem escuras. A energia é o que organiza os átomos – energia gravitacional que une as partículas e forma estrelas e planetas, energia solar que aquece os planetas e lhes dá uma chance.

Mas a energia que se verá nestes dias serão os disparos intensos de energia resultantes de porções de matéria sendo devoradas por buracos negros. Nessa época, essa pode ser a única forma de obter energia no nosso universo. Só que não vai funcionar, por que a própria matéria vai simplesmente se dissolver.

Uma vez que os bárions sejam reduzidos a léptons, não há jeito de fazer o caminho inverso, pelo menos não sem usar montanhas de energia. Como não teremos essa energia, o decaimento dos prótons significa que qualquer civilização que conseguir durar até lá vai literalmente se dissolver, já que até o hidrogênio vai se dissolver em partículas menores.[io9]

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27 comentários

  • garretereis:

    Parabéns! Não lembro de nenhuma matéria sobre o tema tão bem escrita e tão clara!

  • Roberto Miranda:

    O engraçado é que eu deduzi isto há mais de trinta anos. Lógico que,não de forma tão detalhada, porque sou leitor assíduo de ciência e escrevi uma aventura nestes termos http://www.escuridaoabsoluta.com

  • fernando santos:

    Quanto mais se estuda ou se conheçe , menos se sabe e muito se aprende — COMO TUDO ISTO É MARAVILHOSO — quanto eu não gostaria de compreender todo o universo.

  • Alexandre Batista:

    Nem, falaram dimemsoes paralela, e multliplos universo.

  • Frank Oddermayer:

    Oba !!
    Estava pensando em nomes originais para montar meu time de futebol e agora já tenho. Mas estou indeciso em qual deles: Léptons Futebol Clube, Esporte Clube Bárions ou Clube Atlético Quarks … rs …

    • Paulo Henrique de Oliveira:

      Atlético Quarks ficou massa haha. Mas da uma idéia de inferioridade, sei la hauehuaeuaheuha

  • jodeja:

    Fim do Universo. Essa é boa. “Os quarks são, junto com os léptons, as partículas mais básicas que conhecemos”. Que conhecemos, que conhecemos, que conhecemos…

  • Alberto Campos:

    Gostei dos comentãrios, não do artigo. Me parece imaginário, baseado em suposições. Achei o comentário do Jairo R. Morales / 9.11.2012, excelente. Não vou opinar sobre este assunto, porque não conheço e nào quero discordar sem uma base. Existe muita coisa errada em astronomia, como algumas leis.

  • Andre Luis:

    Todo este assunto é muito complexo, porém muito interessante! Quero aprender mais!

  • Jairo R. Morales:

    “Então surgiu a Grande Teoria Unificada: uma teoria ainda incompleta que diz que todas as forças podem chegar a um certo nível de equivalência, que pode ser explicada com uma ideia unificante e quantificável.

    O problema é que SE a força forte e a fraca são equivalentes, então léptons e bárions são equivalentes também. Seria como a descoberta de Einstein que E=mc², que massa e energia são equivalentes, e uma pode ser derivada da outra.”

    Astrônomos gostam de ficar pensando em maneiras de acabar com o universo huh? Pelas minhas contas, já são 5 formas diferentes: Big Crush, Big Freeze, Big Rip, O Fim do Tempo e agora mais essa 😀

    Isso tudo é suposição ainda, a “Teoria Unificada” pode muito bem não passar de um sonho: Talvez nem tudo no universo possa ser resumido a uma simples equação (ex: E=mc²).

    Sem contar que a principio, como sugere o texto, as evidencia mostram que tal coisa não seria possível:

    “Os números leptônico e bariônico parecem não ter nenhuma importância, até que você se dá conta que não se sabe de nenhuma reação no universo que mude o número bariônico total ou o número leptônico total de uma partícula.

    Em outras palavras, há uma lei da conservação do número bariônico e número leptônico, semelhante à lei da conservação da massa e energia.”

    • Durval Agnelo:

      Não esqueçamos do Livro do Apocalipse, só que esse não foram os astrônomos que “pensaram” !! rsrs

  • Rone100theone:

    Tibulace..É bastante lógico e inteligente seu comentário. Porem percebo que vc raciocinou a respeito de no futuro civilizaçoes serem tão avançadas que se auto sustentariam eternamente. Posso dizer que para algumas pessoas no passado e hoje ainda, tais civilizaçoes ou seres poderiam ser considerados deuses. O que observo é que muitas pessoas em geral ( não estou dizendo que é seu caso) rejeitam completamente a idéia de um Criador pois argumentam que não há provas. Talvez algumas vem a hipocrisia de religiões e pessoas delas cometerem varios crimes, sendo completamente hipócritas.. É compreensivel a rejeição de tais pessoas e de suas idéias sobre Deus. Mas digamos que em 2013 uma civilização avançada( se existisse) fizesse contato com a humanidade e nos desse avanços cientificos inimagináveis: viajem proximas á velocidade da luz ou quem sabe, atalhos de um lugar para o outro no Universo. acabasse com TODAS as doenças e que sabe até com a morte. E depois de alguns anos esta mesma civilização nos dissese que eles adoram um Unico Deus Criador do Universo, e que isso( reconhecimento e adoração) ocorre com milhões de civilizações no Universo.. Será que a pessoas em geral iriam rejeitar esta idéia de um Criador como rejeitam hoje? Só um detalhe; não sou espirita. Este post é para debate amplo…

    • JLKLEIN:

      sou evangelico [crente] presbiteriano renovado, mas estudo a ciencia do espiritismo, e tenho a certeza da existencia de um ser supremo [DEUS], pena é q muita gente não cre, mais um dia terão q acreditar, ai ficarão estarrecidos, este dia ja esta chegando, muita paz.quanto aos corpos celestes, eles estão c afastando sim uns dos outros, porem um dia eles irão perder aforça, ate pararem e ai retornaraõ, ao ponto de partida, isto é certo e a lei do retorno ele existe para tudo e para todos.

    • aguiarubra:

      JLKLEIN

      Como complemento a seus estudos, recomendo-lhe o livro “O Espírito, este desconhecido”, do físico teórico francês Jean Emile Charon, ed. Melhoramentos.

    • cesarjbn:

      Estimado JLKLEIN.

      Nossa Essência é a Energia de Nossa Consciência e não alma/espírito como nos impõem as crenças de toda ordem.

      Alma/espírito assim como o corpo são relativos e clausuras de nossa Essência, porquanto não têm existência absoluta, mas vida passageira e efêmera dentro da Bolha do Cosmos, escrava da luz maculada e limitada pelo cobertor espaço encurvado pelo tempo durante a singularidade do Big-Bang.

      Alma/espirito são apenas e tão somente contornos de uma forma, seja mineral, vegetal ou animal, nós inclusos.

      Religião e Espiritismo são encantos que nos enganam!

      Desencante. Grato.

      Sds/César.

    • Jose De Melo:

      Rone,

      você acabou de nos dar uma ideia para um livro de ficção científica.

    • Paulo Henrique de Oliveira:

      é bastante coerente pra mim essa comparação que vc fez entre idéia do Tibulace e o que muitos chamam de deuses hj. Mas acredito que uma civilização que chegou a um nível tecnológico a ponto de recriar matéria e utilizar a energia dos buracos negros, não deixaria de solucionar outros problemas da própria civilização, como doenças por exemplo.

    • Paulo Henrique de Oliveira:

      Se essas civilizaçoes avançandas que surgiriam no ano 2013 ja foram capazes de resolver todos os seu problemas, porque ainda assim elas adorariam a algum deus?

    • Rone Firmino:

      Ao Paulo Henrique: Nenhuma civilização é ou será capaz de resolver todos os seus problemas. No caso do post aqui. A desintegração HIPOTÈTICA de toda a matéria daqui á trilhões de anos. Paulo. Um Unico Criador existia á uma eternidade de tempo no passado e continuará existindo no futuro. Mesmo que Ele queira ou permita que toda matéria e civilizações de matéria desapareçam, ainda assim restariam seres que não foram criados com átomos que conhecemos. Eles estão em uma condição que não podemos detectar. Estão porque foram CRIADOS assim. Mas como a qualidade principal de Deus é o amor, estes seres e nós, não desapareceremos do Universo. Um colega daqui postou sobre meu comentario dizendo que daria um livro de ficção. Pois é. Pra muitos. Deus é ficção hoje. Mas Ele quer que os humanos o conhecem e reconheçam como um Unico Deus Criador. Em breve isso vai ocorrer. Não precisamos de mais 100 ,200 anos ou milhões de anos, para se evidenciar que simplesmente não sabemos viver sem a orientação e o amor Dele.

    • Rogerio da Silva:

      Rone100theone, acredito que surgir ou não um criador vai continuar nos mantendo no mesmo caminho,sempre haverá a pergunta: quem nos criou ou quem criou eles? Uma incógnita que parece ser indecifrável e que está acima de qualquer valor religioso. Talvez, acreditar no espiritismo seja a proposta mais viável por esta relacionar-se com a ideia da “RECICLAGEM UNIVERSAL” em que nada se perde, tudo é transformado; mesmo assim, a ideia por trás do espiritismo traz algumas falhas.

      Trazer para terra uma nova religião através de seres tecnologicamente superiores é provável que ocorra é que num curto período de tempo passe a surgir milhares de adeptos. Isso é comum no processo de colonização. Mas, também continuará existindo os chamados ATEUS que “manterão de pé” a pergunta: quem criou o criador deles? Portanto, sempre seremos fruto de outrem.

      Sobre o argumento de que “adoram um Único Deus Criador do Universo, e que isso( reconhecimento e adoração) ocorre com milhões de civilizações no Universo.. “, realmente seria uma pancada muito forte na crendice popular, cujo impacto seria o enfraquecimento de muitas religiões da terra. Mesmo assim, continuaremos sendo um planeta politeísta.

  • Tibulace:

    É MUITO ACABRUNHANTE, imaginar que PODE existir uma época, onde as ÚNICAS formas de vida existentes no Universo, habitem PLANETAS ARTIFICIAIS, recém fabricados, para escapar ao decaimento, à desintegração geral que acontecerá no Universo.Esses planetas, equipados com um sol artificial mínimo, em órbita,movido a anti matéria, ” de bolso” digamos assim, serão habitados pelas últimas civilizações.Um tempo extremamente sombrio, onde os ” Astrônomos ” da época, serão como nossos Arqueólogos, estudando antiquíssimos hologramas,que mostrarão como era belo o esplendor do Universo, um nonilhão de anos atrás, um flagrante contraste com o NEGROR absoluto do céu noturno atual, onde só existe uma miríade de buracos negros, se é que eles ainda não evaporaram… .

    • Felipe Fernandes de Oliveira:

      Crise nas Infinitas Terras!!!

    • Cesar Grossmann:

      Acho que não tem como fabricar planetas artificiais para escapar ao decaimento das partículas (se é que elas decaem). Para isto, seria necessário fabricar os próprios prótons. Ou seja, juntar quarks, colar eles com glúons, e então ter prótons que vão durar mais 10 septilhões de anos.

      Mas quantos prótons seria necessário? Fazer um planeta seria o suficiente? Ele não necessitaria de uma estrela? E quando a estrela terminasse seu “prazo de validade”, como faz? Outra estrela?

      Felizmente ainda não vimos um próton decair, pode ser que eles não decaiam, e a Grande Teoria Unificada seja um equívoco dos físicos.

      Mas e se estiverem certos?

    • Jairo R. Morales:

      Caso a “Grande Teoria Unificada” se mostre correta, talvez a única forma de escapar desse fim seria (mais uma vez) fugir para outro universo mais saúdavel.

      Ainda que a existência de “universos paralelos” seja uma hipótese a ser verificada, dois dos modelos cosmológicos mais aceitos na atualidade (Vide: “O Modelo da Inflação Cósmica” de Alan Guth e “O Modelo da Inflação Caótica” de Andrei Linde) prevêem que seria possível – sob certas condições – criar um “universo bebê” em laboratório.

      Uma civilização que tenha se desenvolvido e prosperado durante bilhões de anos de existencia poderia muito bem dispor da tecnologia e do conhecimento necessário para fazer isso.

      Quem sabe não seja essa também a resposta para o “ajuste fino” existente no universo? Que sabe ele não foi criado por outra civilização para escapar do fim? Só estou especulando é claro.

    • Jairo R. Morales:

      Aproveitando o assunto, também acho que no futuro será possível desenvolver um processo para se fabricar artificialmente estrelas, assim como já estamos estudando uma forma de fazer isso (de maneira muito mais modesta, é claro) com a fusão nuclear: Hoje sabemos quais as condições necessárias para o nascimento de um Sol e caso se possa recriar o processo na natureza, a humanidade poderia “retardar” o avanço da entropia no universo (Obs: Algo perfeitamente possível se bem me lembro, já que a própria Termodinâmica prevê é que possível diminuir a entropia dentro de um pequeno sistema, ao custo de aumentá-la em todo o resto) e ganhar mais alguns bilhões (!?!?) de anos de sobrevida 😉

      Por sinal, essa idéia já surgiu em um conto de Isaac Asimov.

  • Tibulace:

    Dez a 33 anos, é um número tão MONSTRUOSO, que me dou ao luxo de ser otimista:Uma eventual civilização existente a essa época, será TÃO ADIANTADA científicamente, que poderá:1- Extrair energia dos Buracos Negros, corriqueiramente, em IMENSAS QUANTIDADES.2-Utilizar essa energia, para CRIAR matéria NOVA,não sujeita ao DECAIMENTO portanto,pela famosa E = mc², no meio dos escombros de um Universo em desintegração, para SUBSTITUIR os átomos de seus corpos,de seu meio ambiente artifical, quiçá de seu planeta inteiro!A INTELIGÊNCIA, é a ferramenta mais PODEROSA, que a VIDA já produziu.

    • aguiarubra:

      Tibulace

      P.: “…Uma eventual civilização existente a essa época, será TÃO ADIANTADA científicamente…”

      Comentário: o evolucionismo não parou em nossa espécie. Isso significa que não podemos ter a menor ideia da forma viva que tomaremos nos confins dos tempos do Universo. Com certeza, não existiremos como Homo Sapiens e nem mesmo com forma humanoide reconhecível!

      Quanto a “adianto científico”, há dois empecilhos a serem considerados:

      1) “Ciência” é um conceito aplicável ao tipo de atividade de pesquisa que visa desenvolvimento e aperfeiçoamento tecnológico implicita e explicitamente ligado ao tipo de produção capitalista (em termos simplistas é “coisa de burguês”). Sendo assim, é tão passageira quanto é qualquer outra civilização que já existiu na Terra.
      Forçosamente dará lugar a modos de conhecer completamente diferente do que poderemos imaginar hoje em dia. Historicamente a Ciência é “filha” da cosmovisão greco-romana e da escolástica medieval. A Ciência do futuro deverá manter algumas características parecidas com a nossa, mas não dá prá imaginar o que será, mesmo sendo produzida por Homo Sapiens (ou por computadores “quânticos”, sencientes).
      Mas quando nós formos superados e substituidos por outras espécies, que “Ciência” eles farão? Isso de extrair energia de buracos negros ou criar matéria pode ser, para uma forma de vida daqui à bilhões de anos, coisa de “primitivos” como nós, por exemplo, adequado á nossa imaginação limitada!!!

      2) “…A INTELIGÊNCIA, é a ferramenta mais PODEROSA, que a VIDA já produziu…”

      —> Leia a Edição Especial da Scientífic American Brasil, nº 49, p. 71, artigo “OS LIMITES DA INTELIGÊNCIA: leis da Física podem impedir que o cérebro humano evolua tornando-se uma máquina de pensar ainda mais poderosa”

      —> não podemos ter a certeza prepotente de que o Homo Sapiens é a última maravilha do Universo, pois tem o único (e, portanto, o mais poderoso) cérebro da Natureza. Será que estamos, mesmo, sós no Universo? Dá prá apostar nisso, sem quaisquer outras dúvidas, apenas confiando cegamento no “poder” de nossa inteligência?

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